婆罗摩笈多公式

婆罗摩笈多公式

四边形给定四条边长 a,b,c,d, 则它是圆内接四边形时面积最大. 记半周长为 s, 则最大面积为 (sa)(sb)(sc)(sd).

证明

[1] 记四边形为 ABCD, 且 AB=a, BC=b, CD=c, DA=d. 则四边形的面积为 S=12absinB+12cdsinD,S2=14(adsinA)2+14(bcsinC)2+12abcdsinAsinC=14(a2d2+b2c2)+14(adcosA)2+14(bccosC)2+12abcdsinAsinC=14(ad+bc)214(2abcd)+14(a2d2cos2A)+14(b2c2cos2C)+12abcdsinAsinC. 记对角线 BD=f, 则分别在 ΔABD, ΔBCD 中: f2=a2+d22adcosA=b2+c22bccosCa2+d2b2c2=2adcosA2bccosC. 等式两边平方得 (a2+d2b2c2)2=(2adcosA)2+(2bccosC)28abcdcosAcosC. 代入 S2S2=14(ad+bc)2116(a2+d2b2c2)214(2abcd)12abcdcosAcosC+12abcdsinAsinC=14(ad+bc)2116(a2+d2b2c2)212abcd12abcdcos(A+C)=14(ad+bc)2116(a2+d2b2c2)2abcdcos2A+C2=116(2ad+2bc+a2+d2b2c2)(2ad+2bca2d2+b2+c2)abcdcos2A+C2=116((a+d)2(bc)2)((b+c)2(ad)2)abcdcos2A+C2=(sa)(sb)(sc)(sd)abcdcos2A+C2. 所以 S=(sa)(sb)(sc)(sd)abcdcos2A+C2. 它的最小值是 (sa)(sb)(sc)(sd), 取等条件是 A,C 互补, 也即四边形 ABCD 是圆内接四边形.


  1. 证明摘自知乎 黄河清, 具体书写上稍有改动. ↩︎